JP5577850B2 - 有機光電変換素子 - Google Patents
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Description
本発明に含まれる第1の電極は、電極の少なくとも活性層側の表面にカップリング剤を接触させた後、該表面に親液化処理が施されて得られる。該第1の電極は、高い導電性を有し、光照射時に活性層内で発生する電荷を収集する導電層として用いられる。前記第1の電極は、導電層単独の自立固体としての形態、又は固体支持体上に形成された形態のいずれかの形態で用いることができる。
本発明において、活性層側の電極表面にカップリング剤を接触させた後、該表面に親液化処理を施すことで、活性層の積層が可能となる。
本明細書における「親液化処理」とは、活性層を形成する材料を含む塗布液(又はその溶剤)に対する対象表面の親和性を高める処理を意味し、カップリング剤が有する有機基を酸化させる方法を指す。親液化処理には、紫外線オゾン法、コロナ法又はプラズマ法を用いることが好ましい。カップリング剤を接触させた表面に親液化処理を施すことで、塗布液が該表面上に濡れ広がり、均一な活性層を形成することができる。また、紫外線オゾン法において、紫外線照射面積を規定するマスクを用いることで、電極表面に親液部と疎液部のパターンを形成することも可能である。
本発明の有機光電変換素子が有する活性層とは、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光活性層として用いられ、光電変換素子の発電起源となる層として機能する。通常は光電変換素子のセル1つにつき光エネルギーを電気エネルギーに変換する活性層が1層含まれているが、例えばScience、2007年、vol.317、pp.222〜225に記載されているように、より高い発電効率を得るために2層以上を含む場合もある。
からなる群から選ばれる一種又は二種以上の基を繰り返し単位とし、該繰り返し単位同士が直接又は連結基を介して結合した高分子化合物等があげられる。電荷輸送特性の観点からは、共役高分子化合物がチオフェン環構造を有することが好ましく、繰り返し単位としてチオフェンジイル基を有することがより好ましい。
本発明の有機光電変換素子の1つの態様は、第1の電極と第2の電極を有し、該第1の電極と該第2の電極の少なくとも1つが透明であり、該第1の電極と該第2の電極との間に、光エネルギーを電気エネルギーに変換する機能(光電変換機能)を有する前記活性層を挟んでなる、有機光電変換素子である。
有機薄膜太陽電池を複数集積することにより有機薄膜太陽電池モジュールとして用いることもできる。
(第1の電極1の作製)
スパッタ法により150nmの厚みでITO膜を付けたガラス基板を、アセトンにて洗浄した後、紫外線オゾン処理を施し、清浄な表面をもつITO電極を作製した。カップリング剤としてn−オクタデシルトリクロロシラン(OTS)(東京化成社製、商品名n−オクタデシルトリクロロシラン)と、溶媒であるn−デカンとを、OTSの濃度が0.5重量%となるように混合した溶液に、前記ITO電極を浸漬し、27℃下、1分間静置した。その後、ITO電極を溶液より引き上げ、n−デカンで濯いだ後、120℃で30分間加熱処理を施し、OTSが被覆したITO電極を得た。OTSが被覆したITO電極を、低圧水銀ランプを備えた紫外線オゾン照射装置(テクノビジョン社製、型式:UV−312)を用いて、15分間親液化処理を施し、第1の電極1を得た。
共役高分子化合物としてポリ(3−ヘキシルチオフェン)(P3HT)(メルク社製、商品名lisicon SP001、lot.EF431002)、フラーレン誘導体としてPCBM(フロンティアカーボン社製、商品名E100、lot.7B0168−A)を、オルトジクロロベンゼン溶媒中にP3HTが1.5重量%、PCBMが1.2重量%となるよう添加し、70℃で2時間撹拌を行なった後、孔径0.2μmのフィルタにてろ過を行い、塗布液1を調整した。第1の電極1上に、塗布液1をスピンコートにより塗布して活性層を製膜した。その後、窒素ガス雰囲気下において、150℃で3分間加熱処理を施した。加熱処理後の活性層の膜厚は約100nmであった。その後、真空蒸着機によりLiFを厚さ2nm、Alを厚さ70nmで順次蒸着した。蒸着中の真空度は、全て2〜9×10−4Paであった。また、得られた有機光電変換素子である有機薄膜太陽電池の形状は、2mm×2mmの正方形であった。得られた有機薄膜太陽電池の光電変換効率をソーラシミュレーター(山下電装社製、商品名YSS−80)を用い、AM1.5Gフィルターを通した放射照度100mW/cm2の光を照射し、得られた電流及び電圧を測定し、光電変換効率を求めた。結果を下記表1に示す。
(ポリマーAの合成)
アルゴン置換した2L四つ口フラスコに化合物(A)(7.928g、16.72mmol)、化合物(B)(13.00g、17.60mmol)、メチルトリオクチルアンモニウムクロライド(商品名:aliquat336、Aldrich製、CH3N[(CH2)7CH3]3Cl、density 0.884g/ml,25℃、trademark of Henkel Corporation)(4.979g)、及びトルエン405mlを入れ、撹拌しながら系内を30分間アルゴンバブリングした。ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)(0.02g)を加え、105℃に昇温、撹拌しながら2mol/Lの炭酸ナトリウム水溶液42.2mlを滴下した。滴下終了後5時間反応させ、フェニルボロン酸(2.6g)とトルエン1.8mlを加えて105℃で16時間撹拌した。その後、トルエン700ml及び7.5%ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム三水和物水溶液200mlを加えて85℃で3時間撹拌した。反応液の水層を除去後、有機層を60℃のイオン交換水300mlで2回、60℃の3%酢酸300mlで1回、さらに60℃のイオン交換水300mlで3回洗浄した。有機層をセライト、アルミナ、シリカを充填したカラムに通し、熱トルエン800mlでカラムを洗浄した。溶液を700mlまで濃縮した後、2Lのメタノールに注加、再沈殿させた。重合体をろ過して回収し、500mlのメタノール、アセトン、メタノールで洗浄した。50℃で一晩真空乾燥することにより、下記式:
で表されるペンタチエニル−フルオレンコポリマー(以下、「ポリマーA」という) 12.21gを得た。ポリマーAのポリスチレン換算の数平均分子量は5.4×104、重量平均分子量は1.1×105であった。
共役高分子化合物として前記ポリマーAを、フラーレン誘導体としてPCBMを、オルトジクロロベンゼン溶媒中にポリマーAが0.5重量%、PCBMが1.5重量%となるよう添加し、70℃で2時間撹拌を行なった後、孔径0.2μmのフィルタにてろ過を行い、塗布液2を調整した。実施例1と同じ手法で作製した第1の電極1上に、塗布液2をスピンコートにより塗布して活性層を製膜した。その後、真空中室温で60分間乾燥を行なった。乾燥後の活性層膜厚は約100nmであった。その後、真空蒸着機によりLiFを厚さ2nm、Alを厚さ70nmで順次蒸着した。蒸着中の真空度は、全て2〜9×10−4Paであった。また、得られた有機光電変換素子である有機薄膜太陽電池の形状は、2mm×2mmの正方形であった。得られた有機薄膜太陽電池の光電変換効率を実施例1と同じ方法で測定を行い、光電変換効率を求めた。結果を下記表1に示す。
(有機光電変換素子の作製)
実施例1と同じ手法で作製した第1の電極1上に、PEDOT(スタルク社製、商品名Bayton P AI4083、lot.HCD07O109)をスピンコートにより塗布した。その後、大気中で150℃、30分間乾燥を行なった。その後、実施例1と同じ手法で調整した塗布液1をスピンコートにより塗布して活性層を製膜した。その後、窒素ガス雰囲気下において、150℃で3分間加熱処理を施した。加熱処理後の活性層の膜厚は約100nmであった。その後、真空蒸着機によりLiFを厚さ2nm、Alを厚さ70nmで順次蒸着した。蒸着中の真空度は、全て2〜9×10−4Paであった。また、得られた有機光電変換素子である有機薄膜太陽電池の形状は、2mm×2mmの正方形であった。得られた有機薄膜太陽電池の光電変換効率を実施例1と同じ方法で測定を行い、光電変換効率を求めた。結果を下記表1に示す。
(有機光電変換素子の作製)
スパッタ法により150nmの厚みでITO膜を付けたガラス基板を、アセトンで洗浄後、紫外線オゾン処理を施し、清浄な表面をもつITO電極を作製した。該ITO電極を第1の電極にかえて用いた以外は、実施例1と同じ方法で有機薄膜太陽電池を作製し、光電変換効率を測定した。結果を下表1に示す。
(有機光電変換素子の作製)
比較例1と同じ方法で作製したITO電極を用いた以外は、実施例2と同じ方法で有機薄膜太陽電池を作製し、光電変換効率を測定した。結果を下表1に示す。
(有機光電変換素子の作製)
比較例1と同じ方法で作製したITO電極を用いた以外は、実施例3と同じ方法で有機薄膜太陽電池を作製し、光電変換効率を測定した。結果を下記表1に示す。
Claims (12)
- 第1の電極と、第2の電極とを有し、該第1の電極と該第2の電極との間に活性層を有し、該活性層が共役高分子化合物を含み、該第1の電極が、電極の少なくとも該活性層側の表面にカップリング剤を接触させた後、該表面に紫外線オゾン法、コロナ法又はプラズマ法による親液化処理を施す工程により得られる有機光電変換素子。
- 活性層が、共役高分子化合物とフラーレン誘導体とを含む請求項1に記載の有機光電変換素子。
- カップリング剤が、水と反応することにより水酸基を生成する基を有する請求項1又は2に記載の有機光電変換素子。
- 水と反応することにより水酸基を生成する基が、アルコキシ基、アセトキシ基及びハロゲノ基からなる群から選ばれる1種以上の基である請求項3に記載の有機光電変換素子。
- カップリング剤が、Si、Al及びZrからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の元素を含む請求項1〜4のいずれか一項に記載の有機光電変換素子。
- カップリング剤が、トリクロロシラン化合物である請求項5に記載の有機光電変換素子。
- カップリング剤が、Ti元素を含む請求項1〜4のいずれか一項に記載の有機光電変換素子。
- 浸漬法により第1の電極の少なくとも活性層側の表面にカップリング剤を接触させる請求項1〜7のいずれか一項に記載の有機光電変換素子。
- 塗布法により第1の電極の少なくとも活性層側の表面にカップリング剤を接触させる請求項1〜7のいずれか一項に記載の有機光電変換素子。
- 塗布法が、スリットコート法、キャピラリーコート法、グラビアコート法、マイクログラビアコート法、バーコート法、ナイフコート法又はスピンコート法である請求項9に記載の有機光電変換素子。
- 第1の電極と第2の電極とを有し、該第1の電極と該第2の電極との間に活性層を有し、該活性層が共役高分子化合物を含む有機光電変換素子の製造方法において、
第1の電極の少なくとも該活性層側の表面にカップリング剤を接触させる工程と、該カップリング剤に接触させた表面に紫外線オゾン法、コロナ法又はプラズマ法による親液化処理を施す工程とを含む有機光電変換素子の製造方法。 - 請求項1〜10のいずれか一項に記載の有機光電変換素子を含むイメージセンサー。
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